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4.4  智能圖元設計法

智能圖元設計法是以智能圖元為核心、以圖形的可分解性為思路的一種全新的CAD系統設計。它不同于參數化設計和集成化設計，從設計思路上說，依據“一個復雜圖形是由若干個簡單圖形邏輯組合而成”，升華了“簡單幾何的點線圓圓弧組合成產品圖形”的思維。參數化設計是針對建立的參數模型，通過傳遞的參數，根據參數模型的拓撲關系，組合簡單的幾何實體（點、線、圓、圓弧）；集成化設計是針對專門行業中的工程實體的圖形單元設計，是圍繞整個圖紙而言。智能圖元設計法與集成化設計一樣，是面對對象的，但智能圖元設計法是以智能圖元為目標，不受行業的限制，擴寬了系統應用范圍，并且，智能圖元設計法是針對圖形的，最重要的是，智能圖元的功能遠比工程實體圖形單元的功能豐富。智能化圖元也具有參數化功能，集成到智能圖形單元的“類”屬性和函數中。

對于每一張工程產品圖紙，盡管圖與圖之間是千差萬別的，但是一個產品圖的某個結構總是可以從其他零產品圖中找到相同或相似的。為了有效地利用這些相同或相似的圖形單元，提出拼圖法繪圖：在裝配圖中，一個機器由若干個零件圖組裝而成；而在零件圖中，一個零件可看作是由若干圖形單元組成，如：一個零件外型圖形單元和若干個零件內腔圖形單元（包括開孔）組成。歸納來說，無論是裝配圖還是零件圖，都是由若干圖形單元拼成，而且不是簡單的把圖形放到一起，還存在圖形單元的變化。例如：由零件圖拼成裝配圖中，需要有部分零件圖的打斷、消隱等工作；由零件外型圖形單元和內腔圖形單元組成零件圖時，更要涉及到圖形圖形之間的打斷、消隱、圓角化等等。這就決定了圖形單元應具有部分智能化，命名為智能圖元，它與普通的圖形單元最大的不同在于：智能圖元可以在不同的周圍圖形環境下自動調整其表現形式。這種以“智能圖元”為設計單元的設計方法稱為智能圖元法。

4.4.1  智能圖元

智能圖元是具有一定拓撲關系、特征點、內函數、外函數和幾何單元的圖形單元，是拼圖法繪圖思維中的基本單元。特別地，智能圖元具有面向對象設計中的“類”的特性，即封裝性和繼承性。如前所述，任何一幅圖形都是由若干圖形單元按照一定的邏輯關系組合而成，例如，在裝配圖中，圖形單元表現為零件圖形單元，而在零件圖中，圖形單元則表現為零件結構單元。

1、智能圖元的模型

在系統實現中，智能圖元是一個典型的“類”的結構，包括幾何單元集合、拓撲關系描述、特征點集合、內函數和外函數（見圖4-9)，定義如下：

class Intellitive_Graphics_unit

{

Private:

   INT    Feature_size[MAX]；//特征尺寸

   INT    Circumstance_ID；//環境ID

   ads_point    base_point；//基點

   INT    Entity_Color；//顏色

   INT    Entity_Lttype；//線形

   ...

Public:

   RTPICKS Geometry_Entity；//幾何單元實體幾何

   INT    Topology_ID；//拓撲關系的ID

   RTPICKS    Feature_Point；//特征點

   Void    Show(INT scale)；//顯示

   Void    delete()；//刪除

   Void    move(ads_point new_position)；//移動

   Void    rotate(ads_real_new_angle)；//旋轉

   Void    Get_circumstance_ID()；//取得環境ID

   Void    adapt_function(INT circumstance_ID)；//外函數

   ...

}

幾何單元是智能圖元的最基本圖形結構單元的集合，例如線、圓、圓弧等，其具體的組合規則是受拓撲關系控制；拓撲關系是智能圖元的內在特征屬性，它是具體指導幾何單元的有機地組合方式，它和幾何單元一起構成了智能圖元的外在表現形式；特征點是智能圖元對外界信息響應的入口點，當智能圖元在繼承另一個智能圖元時的拓撲關系的改變，以及各智能圖元在圖紙中組合時的拓撲關系改變，都是通過對特征點的激活，調用圖元的外在函數，從而使智能圖元的拓撲關系按照一定的規則進行改變，重要的是，它能夠根據已確認的規則而實現智能化。外在函數就是一個智能圖元響應具體的外界信息時，其拓撲關系改變的具體方式，外在函數種類繁多，全部存放在智能圖元的外在函數庫里，根據具體的外界信息，選擇相應的外在函數；但它也受拓撲關系和幾何單元的約束，就好象無法求得二條平行線的交點；內在函數是指對智能圖元幾何單元操作的具體功能，例如：繪制、移動、刪除、旋轉等等。

2、智能圖元的結構特征

智能圖元，是圖紙單元與“面向對象”設計思維的結合體，不僅具有類的兩大屬性：封裝性、可繼承性；而且具有圖紙單元的特征不定性。

封裝性：對于某個智能圖元的具體操作，能且只能通過對其內部函數或（和）外部函數實現，而不能通過其他操作實現，以防止產生信息干擾。

可繼承性：一個智能圖元不僅可以是其他智能圖元的父圖元，也可以是一個或多個智能圖元的子圖元，最底層的智能圖元稱為基圖元，他們沒有父圖元；最上層的智能圖元稱為表圖元，他們沒有子圖元，其集成度最高；就象一個機器的裝配圖由若干個零件圖組成，而一個零件圖是由若干個結構單元組成，整個智能圖元集合屬于一種比較復雜的層次結構，如圖4-9。

特征不定性：當一個智能圖元繼承另一個智能圖元后，其屬性并不是被簡單的擴大了，而是一些屬性消失而另外一些屬性出現了。這也是智能圖元之間由于智能圖元特征點的激活而使智能圖元拓撲關系邏輯迭加、幾何單元的改變（打斷，消隱等）表現形式。

3、智能圖元的工作模式

智能圖元設計法是以智能圖元為最小設計單位，利用智能圖元對環境的自適應功能，完成實際意義的拼圖法設計，智能圖元對環境的自適應功能首先是通過對智能圖元的特征點激活開始。詳細見圖4-10。

通過對特征點的激活，首先判斷激活值，是調用外部函數還是調用內部函數，如果是調用內部函數，則根據激活值，調用某個內部函數，實現智能圖元自身的操作，如刪除、放大、旋轉等等；如果是調用外部函數，則再獲取周圍圖元信息，并以此查詢外部函數庫，得到某個外部函數，則調用此外部函數，實現智能圖元的拓撲關系和幾何單元信息的改變。（如圖4-11所示）

4.4.2  智能圖元法程序設計步驟

1）通過閱讀常用圖紙信息，提煉出其中具有一般特性的圖形單元。提取圖形單元的一般規則：

(l）先提取結構簡單的基圖元，再提取高層結構復雜的圖元，充分利用智能圖元的繼承性。

(2）基圖元的提取要相對通用但不完全通用，而高層結構復雜的圖元則相對專用。

2）記錄每個圖元的拓撲關系、特征點

3）建立圖形單元拓撲關系變化庫，賦予圖元智能化，并建立智能圖元的外在函數庫。

4）建立智能圖元的調用規則：復雜智能圖元優先于簡單智能圖元。

4.4.3  智能圖元的分類

根據拼圖法對智能圖元的智能化的側重點要求不同，將智能圖元分為二類：基于產品結構的智能圖元化和基于特性尺寸的智能圖元化。基于產品結構的智能圖元主要是對各種圖形單元的抽象，其重點是對特征點的激活和外函數中拓撲關系對環境適應的描述，建立此類智能圖元難度很大；而基于特性尺寸的智能圖元主要是對拓撲關系固定的圖形單元的抽象，建立此類智能圖元難度不大，這類智能圖元一般都是基圖元，很少有繼承圖元。例如，對各種標準件和通用件等系列化的產品等的引用。

1、智能圖元模型實例

按照智能圖元提取的一般規則，對于一般工程圖紙的實際狀況，常用簡單零件結構的外形是四邊形（圖4-11)，對于此類四邊形的定義，根據“基圖元的提取要相對通用但不完全通用”原則，一般是用梯形結構來歸納，其定義如下：

幾何單元：五條線段：a，b，c，d，e

拓撲關系：滿足梯形定義（a//c），a，b線交B點，a、d線交A點，d、c線交C點，c、b線交D點，e是梯形的中線。

特征點：可定義為四個頂點（A、B、C、D）或線段中點或其他點

內函數：智能圖元的移動、刪除、旋轉等

外函數：線段的打斷、與凹凸槽的接口等

2、智能圖元繼承實例

為減少圖元開發的重復性工作，應充分利用智能圖元的繼承性，例如，另外一個智能圖元繼承上面的智能圖元，是在圖4所示的智能圖元的基礎上，增加內腔結構智能圖元（圖4-12)，形成子圖元，其定義如下：

幾何單元：若干線段

拓撲關系：滿足圖4-12形狀

特征點：Ll、LZ線段上的所有點

內函數：智能圖元的移動、刪除、旋轉等

外函數：線段的打斷，圓角化等

3、智能圖元拼圖實例

圖4-12所介紹的圖元為一個簡單的機架結構，現在要完整其結構，利用拼圖，拼上一個內部支座的智能圖元（圖4-13)，激活特征點，調用外部函數，智能圖元將會自動打斷如圖4-12中所示的Ll、L2線段。

4.4.4  智能圖元法繪圖的特點．

1）繪圖效率高，把若干個圖元（特別是集成度較高的表面圖元）按照一定的邏輯順序拼成一幅圖，當然比用簡單的幾何繪圖元素（線、圓、圓弧）繪圖的效率高的多。

2）繪圖范圍廣，參數化好。圖元不同與AutoCAD中的“block”，他可以在基本的拓撲關系變的前提下，圖元中的幾何單元可以呈現出多種圖形，并且，當圖元在繼承其他圖元或圖元互相組成完整圖時，可改變拓撲關系，更使圖形多種多樣。

3）繪圖準確性高，通過激活圖元的特征點，可以自動改變圖元的拓撲關系，實現對某些線條的添加、刪除和剪切，可減少繪圖中常見的錯誤。

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